Antimycobacterial activities of antisense oligodeoxynucleotide phosphorothioates in drug-resistant strains.

Strains of Mycobacterium smegmatis, a mycobacterium which shares genetic sequences, grows more rapidly, and is nonpathogenic in man as compared with Mycobacterium tuberculosis, were utilized for the initial development of new antimycobacterial therapy. Drug-resistant strains of M. smegmatis which are known to arise in a manner identical to the emergence of drug-resistant strains of M. tuberculosis were isolated and utilized as models for the antimycobacterial activities of modified and unmodified oligodeoxynucleotide phosphorothioates in broth cultures. Under normal conditions, oligodeoxynucleotide phosphorothioates do not enter mycobacteria, and several strategies were successfully utilized to afford entry of oligonucleotides into the mycobacterial cells. One involved the presence of very low levels of ethambutol, which enables the entry of oligonucleotides into mycobacteria because of its induced alterations in the cell wall, and another involved the utilization of oligonucleotides covalently attached to a D-cycloserine molecule, whereby entry into the mycobacterial cell is achieved by a receptor-mediated process. Another low molecular weight, covalently attached ligand that enabled the entry and subsequent antimycobacterial activities of oligodeoxynucleotide phosphorothioates in the absence of a cell wall modifying reagent was biotin. Significant sequence-specific growth inhibition of wild-type, as well as of drug-resistant, M. smegmatis was obtained by modified oligonucleotides complementary in sequence to a specific region of the mycobacterium aspartokinase (ask) gene when utilized in combinations with ethambutol (as compared to ethambutol alone) or as D-cycloserine or biotin covalent adducts without the presence of any other cytotoxic or cytostatic agent.

Stimulation-dependent I kappa B alpha phosphorylation marks the NF-kappa B inhibitor for degradation via the ubiquitin-proteasome pathway.

The nuclear translocation of NF-kappa B follows the degradation of its inhibitor, I kappa B alpha, an event coupled with stimulation-dependent inhibitor phosphorylation. Prevention of the stimulation-dependent phosphorylation of I kappa B alpha, either by treating cells with various reagents or by mutagenesis of certain putative I kappa B alpha phosphorylation sites, abolishes the inducible degradation of I kappa B alpha. Yet, the mechanism coupling the stimulation-induced phosphorylation with the degradation has not been resolved. Recent reports suggest a role for the proteasome in I kappa B alpha degradation, but the mode of substrate recognition and the involvement of ubiquitin conjugation as a targeting signal have not been addressed. We show that of the two forms of I kappa B alpha recovered from stimulated cells in a complex with RelA and p50, only the newly phosphorylated form, pI kappa B alpha, is a substrate for an in vitro reconstituted ubiquitin-proteasome system. Proteolysis requires ATP, ubiquitin, a specific ubiquitin-conjugating enzyme, and other ubiquitin-proteasome components. In vivo, inducible I kappa B alpha degradation requires a functional ubiquitin-activating enzyme and is associated with the appearance of high molecular weight adducts of I kappa B alpha. Ubiquitin-mediated protein degradation may, therefore, constitute an integral step of a signal transduction process.

Calix[6]arene Derivatives as Pivotal Components of Working Devices and Molecular Machine Prototypes

This Ph.D. thesis describes the synthesis, characterization and study of calix[6]arene derivatives as pivotal components for the construction of molecular machine prototypes. Initially, the ability of a calix[6]arene wheel to supramolecularly assist and increase the rate of a nucleophilic substitution reaction was exploited for the synthesis of two constitutionally isomeric oriented rotaxanes. Then, the synthesis and characterization of several hetero-functionalised calix[6]arene derivatives and the possibility to obtain molecular muscle prototypes was reported. The ability of calix[6]arenes to form oriented pseudorotaxane towards dialkyl viologen axles was then exploited for the synthesis of two calixarene-based [2]catenanes. As last part of this thesis, studies on the electrochemical response of the threading-dethreading process of calix[6]arene-based pseudorotaxanes and rotaxanes supported on glassy carbon electrodes are reported.

Molecular approaches to smart materials via interface recognition and conformationally switchable cavitands

In this thesis the molecular level design of functional materials and systems is reported. In the first part, tetraphosphonate cavitand (Tiiii) recognition properties towards amino acids are studied both in the solid state, through single crystal X-ray diffraction, and in solution, via NMR and ITC experiments. The complexation ability of these supramolecular receptors is then applied to the detection of biologically remarkable N-methylated amino acids and peptides using complex dynamic emulsions-based sensing platforms. In the second part, a general supramolecular approach for surface decoration with single-molecule magnets (SMMs) is presented. The self-assembly of SMMs is achieved through the formation of a multiple hydrogen bonds architecture (UPy-NaPy complexation). Finally we explore the possibility to impart auxetic behavior to polymeric material through the introduction of conformationally switchable monomers, namely tetraquinoxaline cavitands (QxCav). Their interconversion from a closed vase conformation to an extended kite form is studied first in solution, then in polymeric matrixes via pH and tensile stimuli by UV-Vis spectroscopy.

Synthesis and Characterisation of Functional Magnetic and Plasmonic Nanomaterials

The main aim of this thesis is the controlled and reproducible synthesis of functional materials at the nanoscale. In the first chapter, a tuning of morphology and magnetic properties of magnetite nanoparticles is presented. It was achieved by an innovative approach, which involves the use of an organic macrocycle (calixarene) to induce the oriented aggregation of NPs during the synthesis. This method is potentially applicable to the preparation of other metal oxide NPs by thermal decomposition of the respective precursors. Products obtained, in particular the multi-core nanoparticles, show remarkable magnetic and colloidal properties, making them very interesting for biomedical applications. The synthesis and functionalisation of plasmonic Au and Ag nanoparticles is presented in the second chapter. Here, a supramolecular approach was exploited to achieve a controlled and potentially reversible aggregation between Au and Ag NPs. This aggregation phenomena was followed by UV - visible spectroscopy and dynamic light scattering. In the final chapters, the conjugation of plasmonic and magnetic functionalities was tackled through the preparation of dimeric nanostructures. Au - Fe oxide heterodimeric nanoparticles were prepared and their magnetic properties thoroughly characterised. The results demonstrate the formation of FeO (wustite), together with magnetite, during the thermal decomposition of the iron precursor. By an oxidation process that preserves Au in the dimeric structures, wustite completely disappeared, with the formation of either magnetite and / or maghemite, much better from the magnetic point of view. The plasmon resonance of Au results damped by the presence of the iron oxide, a material with high refractive index, but it is still present if the Au domain of the nanoparticles is exposed towards the bulk. Finally, remarkable hyperthermia, also in vitro, was found for these structures.

Caracterização e aplicação analítica de eletrodos modificados com sistemas porfirínicos supramoleculares

Estudos com eletrodos modificados foram conduzidos utilizando dois sistemas porfirínicos supramoleculares diferentes. O primeiro foi baseado na modificação de eletrodo de carbono vítreo com uma porfirina de níquel tetrarrutenada, [NiIITPyP{RuII(bipy)2Cl}4]4+. A modificação do eletrodo foi realizada por meio de sucessivos ciclos voltamétricos em meio alcalino (pH 13), gerando um eletrodo com característica similar a eletrodos modificados com α-Ni(OH)2. A caracterização química do filme formado foi realizada através das técnicas de voltametria cíclica, ressonância paramagnética eletrônica, espectroscopia eletrônica por reflectância e espectroscopia Raman com ensaio espectro-eletroquímico. Os resultados sugerem a formação de um polímero de coordenação, [µ-O2-NiIITPyP{RuII(bipy)2Cl}4]n, composto por subunidades porfirínicas ligadas entre si por pontes µ-peroxo axialmente coordenadas aos átomos de níquel (Ni-O-O-Ni). O crescimento do filme apresentou dependência da alcalinidade do meio pela formação do precursor octaédrico [Ni(OH)2TRPyP]2+ em solução, pela coordenação de OH- nas posições axiais do átomo de níquel. O processo de eletropolimerização indicou a participação de radical hidroxil, gerado por oxidação eletrocatalítica da água nos sítios periféricos da porfirina contendo o complexo de rutênio. O mesmo eletrodo foi aplicado como sensor eletroquímico para análise amperométrica de ácido fólico em comprimidos farmacêuticos. O sensor foi associado a um sistema de Batch Injection Analysis (BIA) alcançando considerável rapidez e baixo limite de detecção. Para as análises das amostras também foi proposto um método para a remoção da lactose, que agia como interferente. O segundo estudo envolveu a modificação de eletrodos de carbono vítreo com diferentes hemoglobinas, naturais (HbA0, HbA2 e HbS) e sintéticas (Hb-PEG5K2, αα-Hb-PEG5K2 e BT-PEG5K4), para a avaliação da eficiência na redução eletrocatalítica de nitrito mediada por FeI-heme. Os filmes foram produzidos pela mistura de soluções das hemoglobinas com brometo de didodecildimetiltrimetilamônio (DDAB), aplicados nas superfícies com consecutiva evaporação, formando filmes estáveis. Os valores de potencial redox para os processos do grupo heme e a sua associação com a disponibilidade do grupo na proteína foram avaliados por voltametria cíclica. Os valores das constantes de velocidade, k, para redução de nitrito foram obtidos por cronoamperometria em -1,1 V (vs Ag/AgCl(KCl 3M)) que foram utilizados para estudo comparativo entre as espécies sintéticas para eventual aplicação clínica.

Fotofísica de enodionas

Em 1906, Albrecht obteve a primeira enodiona conhecida, ao reagir benzoquinona com ciclopentadieno. A estrutura desta enodiona somente foi elucidada em 1928, por Diels e Alder que, entretanto, perceberam ser possív.el existirem dois diferentes isômeros para o composto em questão: endo e exo. A descoberta, em 1958, da reação de fotocilização deste aduto de Diels-Alder, por Cookson e colaboradores, demonstrou que se tratava do isômero endo e esta reação passou a ser utilizada para se comprovar a configuração endo de vários compostos de estrutura análoga. Porém, apesar de sua importância histórica como método para comprovar a configuração dos adutos de Diels-Alder, os dados disponíveis até hoje são insuficientes para o esclarecimento dos processos subjacentes à fotociclização desses compostos, especialmente porque hoje sabemos que existem adutos de configuração endo que não fotociclizam. Visando aumentar o conhecimento sobre o comportamento destes adutos frente à reação de fotociclização, determinaram-se seus espectros de absorção (na região do UVNisível) e de emissão de luminescência e concluiu-se, com base em nossos resultados e daqueles relatados na literatura, que o fato de não ocorrer a fotociclização de alguns adutos de configuração endo não depende exclusivamente da estabilidade dos estados excitados envolvidos, ainda que essa característica e a natureza destes certamente afete os rendimentos quânticos da reação. Antes, parece-nos que estruturas que permitam deslocalizar um dos elétrons do birradical intermediariamente formado neste processo propiciam a reversão deste intermediário ao reagente, ao invés de se formar o produto de fotociclização. Alem disso, reinvestigamos a reação de fotoisomerização endo → exo do aduto de benzoquinona e ciclopentadieno, por irradiação em etanol/trietil-amina, relatada por Pandey e colaboradores em 1990, tendo verificado que tal isomerização não ocorre nas condições descritas na literatura, obtendo-se, ao invés disso, principalmente o tautômero aromático da enodiona e seu produto de fotociclização. Por outro lado, descobrimos que, deixar em repouso, no escuro, o aduto de benzoquinona e ciclopentadieno em etanol/trietil-amina conduz,a um dímero deste aduto, não descrito previamente.

Complexação de guaiacol com ß-ciclodextrina para tratamento de alveolite seca: avaliação in vitro e in vivo

A alveolite seca (AS) é uma das complicações pós-operatórias mais comuns e sintomáticas na odontologia, porém, até o momento não há um protocolo de tratamento definido. O composto fenólico guaiacol (Gu) é um dos materiais utilizados para revestimento intra-alveolar devido às suas propriedades analgésicas, antioxidantes e antimicrobianas. Contudo, sua desvantagem é a dificuldade de manipulação decorrente da sua baixa estabilidade, alta volatilidade e sensibilidade à oxidação. Para melhorar suas propriedades e aumentar sua aplicabilidade clínica, um complexo de inclusão de Gu com ß-ciclodextrina (ßcd) foi desenvolvido. A formação do complexo supramolecular de Gu:ßcd foi caracterizada mediante a ressonância magnética nuclear (RMN), nos experimentos de 1H e 2D ROESY. A atividade antibacteriana do Gu e Gu:ßcd frente a Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Streptococcus mitis, Streptococcus mutans, Streptococcus sanguis e Aggregatibacter actinomycetemcomitans foi analisada pelo método da microdiluição e sua citotoxicidade em osteoblastos de calvária de rato, foi estudado com o ensaio do MTT. O processo de reparo alveolar induzido pelo Gu:ßcd foi avaliado histologicamente após tratamento de alveolite seca em molares inferiores de ratos. A RMN mostrou correlações espaciais entre os hidrogênios internos (H3 e H5) da ßcd e os hidrogênios aromáticos, H(a) e H(b) do Gu, confirmando a formação do complexo. A complexação do Gu na ßcd potencializou seu efeito antibacteriano e reduziu sua citotoxicidade em osteoblastos. O estudo in vivo evidenciou a ocorrência de ossificação no ápice alveolar dos ratos tratados com Gu:ßcd, no 7o dia. No 14o dia, as trabéculas ósseas ocuparam também o terço médio do alvéolo e no 21o dia, todo o alvéolo se encontrava preenchido por osso neoformado. Estes resultados foram similares ao controle negativo e superiores ao controle positivo (Alvogyl®). Os benefícios obtidos pela inclusão do Gu na ßcd foram demonstrados pela melhora das propriedades biológicas do Gu in vitro e o adequado reparo alveolar in vivo.

Efeito do macrodipolo sobre a estabilidade térmica de derivados de 1,3,5-tricarboxamida-ciclo-hexano

1,3,5-tricarboxamida-ciclo-hexano são compostos capazes de se autoagregarem formando colunas supramoleculares as quais se mantêm unidas não só devido às interações das cadeias laterais mas também devido às ligações de hidrogênio de cada um dos três grupos amida por monômero. Cada monômero possui momento de dipolo elétrico associado aos grupos amida. Quando as amidas dos vários monômeros dentro da mesma coluna estão apontadas para a mesma direção, os momentos de dipolo individuais de todas as amidas se somam formando elevado dipolo ao longo do eixo da coluna, chamado de macrodipolo, o qual influencia as interações intercolunares. Neste trabalho foram investigadas quatro conformações as quais diferem entre si em relação à orientação dos grupos carbonila: a conformação Up-Up contém grupos carbonilas paralelos dentro das colunas e colunas paralela, a conformação Up-Down possui grupos carbonilas paralelos dentro das colunas e colunas antiparalelas, a conformação Intra-Up-Up contém grupos carbonilas antiparalelos dentro das colunas e colunas paralelas e a conformação Intra-Up-Down possui grupos carbonilas antiparalelos dentro das colunas e colunas antiparalelas. Foi usado Dinâmica Molecular Clássica para investigar o efeito das interações macrodipolo-macrodipolo das quatro diferentes conformações sobre a estabilidade térmica de três diferentes compostos derivados de 1,3,5-tricarboxamida-ciclo-hexano. Foi verificado que as conformações com colunas antiparalelas tendem a ser ligeiramente mais estáveis do que as conformações com orientação paralela. O efeito da orientação dos grupos carbonila dentro das colunas sob a estabilidade do material está relacionado a vários fatores, tais como cargas atômicas parciais, arranjo colunar ou natureza das cadeias laterais, e os resultados não são tão diretos como quando se compara as orientações entre colunas. Outro tópico investigado foi o comportamento do material durante a transição da fase colunar para a fase desordenada. As colunas podem se desmontar em três diferentes formas: elas podem completamente se desintegrar rapidamente, podem primeiro se desintegrar lentamente e então perder a ordem colunar ou primeiro perdem a ordem colunar e então se desmontam em um processo demorado. Tais comportamentos estão associados com as interações dentro e entre colunas.

Novel Photochemical Methodologies For Diversity Oriented Synthesis And Screening Of Combinatorial Libraries

The main goal of this project was to develop an efficient methodology allowing rapid access to structurally diverse scaffolds decorated with various functional groups. Initially, we discovered and subsequently developed an experimentally straightforward, high-yielding photoinduced conversion of readily accessible diverse starting materials into polycyclic aldehydes and their (hemi)acetals decorated by various pendants. The two step sequence, involving the Diels-Alder addition of heterocyclic chalcones and other benzoyl ethylenes to a variety of dienes, followed by the Paternò-Büchi reaction, was described as an alkene-carbonyl oxametathesis. This methodology offers a rapid increase in molecular complexity and diversity of the target scaffolds. To develop this novel methodology further and explore its generality, we directed our attention to the Diels-Alder adducts based on various chromones. We discovered that the Diels-Alder adducts of chromones are capable of photoinduced alkene-arene [2+2] cycloaddition producing different dienes, which can either dimerize or be introduced into a double-tandem [4π+2π]·[2π+2π]·[4π+2π]·[2π+2π] synthetic sequence, followed by an acid-catalyzed oxametathesis, leading to a rapid expansion of molecular complexity over a few experimentally simple steps. In view of the fact that oxametathesis previously was primarily observed in aromatic oxetanes, we decided to prepare model aliphatic oxetanes with a conformationally unconstrained or "flexible" methyl group based on the Diels-Alder adducts of cyclohexadiene or cyclopentadiene with methyl vinyl ketone. Upon addition of an acid, the expected oxametathesis occurred with results similar to those observed in the aromatic series proving the generality of this approach. Also we synthesized polycyclic oxetanes resulting from the Diels-Alder adducts of cyclic ketones. This not only gave us access to remarkably strained oxetane systems, but also the mechanism for their protolytic ring opening provided a great deal of insight to how the strain affects the reactivity. Additionally, we discovered that although the model Hetero-Diels-Alder adducts did not undergo [2+2] cycloaddition, both exo- and endo-Sulfa-Diels-Alder products, nonetheless, were photochemically active and various products with defined stereochemistry could be produced upon photolysis. In conclusion, we have developed an approach to the encoding and screening of solution phase libraries based on the photorelease of externally sensitized photolabile tags. The encoding tags can be released into solution only when a binding event occurs between the ligand and the receptor, equipped with an electron transfer sensitizer. The released tags are analyzed in solution revealing the identity of the lead ligand or narrowing the range of potential leads.

Lesões em DNA promovidas por produtos de oxidação do β-caroteno: possíveis implicações biológicas

Apesar de diversos estudos in vitro e em populações indicarem um efeito protetor do β-caroteno em sistemas biológicos, estudos epidemiológicos como o \"The Alpha-Tocopherol, Beta-Carotene Cancer Prevention Study\" (ATBC) e o \"The Beta-Carotene and Retinol Efficacy Trial\" (CARET) mostraram um aumento na incidência de câncer pulmonar em indivíduos fumantes suplementados com β-caroteno. Essa ação contraditória tem sido chamada na literatura de \"Paradoxo do β-Caroteno\". Sabe-se que este carotenóide sob altas pressões de oxigênio ou na presença de peróxidos pode sofrer oxidação e levar a formação de compostos como aldeídos, epóxidos, etc, que são capazes de se adicionarem covalentemente ao DNA. Estudos, in vitro e in vivo têm demonstrado a possibilidade de os metabólitos do β-caroteno agirem como agentes pró-carcinogênicos. Estes agentes quando ativados quimicamente podem levar à formação de adutos de DNA. Já se sabe que alguns desses adutos encontramse em níveis aumentados em diversas situações de risco de câncer. Diversos grupos, incluindo o nosso, têm demonstrado a formação de lesões em DNA a partir de aldeídos e epóxidos exógenos ou gerados endogenamente. O presente trabalho mostra que a reação do β-caroteno e dois de seus produtos de oxidação, retinal e β-apo-8\'-carotenal, com 2\'-desoxiguanosina e DNA leva à formação de adutos. Dentre os adutos formados, foi caracterizado o aduto 1,N2eteno-2\'-desoxiguanosina (1 ,N2-εdGuo). Os níveis de outro aduto de DNA, a 8-oxo-7,8-dihidro-2\'-deoxiguanosina (8-oxodGuo), também foram monitoradas para estudo comparativo. A formação dos adutos também foi verificada em fibroblastos normais de pulmão humano (linhagem IMR-90) expostos ao β-caroteno e aos seus produtos de oxidação. Experimentos com ratos suplementados com β-caroteno e expostos à fumaça de cigarro em períodos de 7, 30 e 180 dias, mostraram níveis aumentados de 1,N2-εdGuo nos animais suplementados com o carotenóide comparado ao grupo veículo. Aumento no nível de 8-oxodGuo também foi verificado nos tratamentos de 7 e 180 dias. Um aumento significativo no nível do eteno aduto também foi verificado nos animais suplementados com β-caroteno e expostos à fumaça de cigarro, comparado ao grupo apenas exposto à fumaça após 7 e 180 dias de exposição. Nestes mesmos grupos, o aumento do 8-oxodGuo só foi observado no tratamento por 180 dias. Sabendo que estas lesões são comprovadamente mutagênicas, nossos estudos podem contribuir para o esclarecimento dos mecanismos envolvidos na formação de câncer em fumantes suplementados ou não com β-caroteno.

Enantioselective alkylation of β-keto esters promoted by dimeric Cinchona-derived ammonium salts as recoverable organocatalysts

Dimeric anthracenyldimethyl-derived Cinchona ammonium salts are used as chiral organocatalysts in 5 mol% for the phase-transfer enantioselective alkylation reaction of 2-alkoxycarbonyl-1-indanones with activated bromides. The corresponding adducts bearing a new all-carbon quaternary center are obtained usually in high yield and with moderate and opposite enantioselectivity (up to 55%) when using ammonium salts derived from quinidine and its pseudoenantiomer quinine as organocatalysts. These catalysts can be almost quantitatively recovered by precipitation in ether and reused.

Enantioselective Michael addition of isobutyraldehyde to nitroalkenes organocatalyzed by chiral primary amine-guanidines

Primary amine-guanidines derived from trans-cyclohexane-1,2-diamines are used as organocatalysts for the enantioselective conjugate addition of isobutyraldehyde to arylated and heteroarylated nitroalkenes. The reaction was performed in the presence of imidazole as the additive in aqueous DMF as the solvent at 0 °C. The corresponding Michael adducts bearing a new stereocenter were obtained in high yields and with enantioselectivities of up to 80%. Theoretical calculations are used to justify the observed sense of the stereoinduction.

Enantioselective Michael addition of aldehydes to maleimides organocatalysed by chiral 1,2-diamines: an experimental and theoretical study

Simple and commercially available chiral 1,2-diamines were used as organocatalysts for the enantioselective conjugate addition of aldehydes, including α,α-disubstituted, to maleimides. The reaction was carried out in the presence of hexanedioic acid as an additive in aqueous solvents at room temperature. By employing (1S,2S)- and (1R,2R)-cyclohexane-1,2-diamine as organocatalysts, the corresponding Michael adducts bearing new stereocenters were obtained in high or quantitative yields with enantioselectivities of up to 92%, whereas the use of (1S,2S)-1,2-diphenylethane-1,2-diamine gave a much lower ee. Theoretical calculations were used to justify the observed sense of the stereoinduction.

Conformational changes of dissolved humic and fulvic superstructures with progressive iron complexation

Conformational changes of a humic acid (HA) and a fulvic acid (FA) induced by iron complexation were followed by high-performance size exclusion chromatography (HPSEC) with both UV–vis and refractive index (RI) detectors. Molecular size distribution was reduced for HA and increased for FA with progressive iron complexation. Since interactions of Fe with humic components are electrostatic, it is likely that the triple-charged Fe ions formed stronger complexes with the more acidic hydrophilic and hydrated FA than with the less acidic and more hydrophobic HA. The large content of ionized carboxyl groups in FA, thus favored the formation of intra- or intermolecular bridges between the negatively charged fulvic acid molecules, and led to more compact and larger size network than for HA. Conversely, iron complexation with HA disrupted the humic conformational arrangements stabilized by only weak hydrophobic bonds into smaller-size aggregates of greater conformational stability due to formation of strong metal complexes. These results confirmed that humic molecules in solution were organized in supramolecular associations of relatively small molecules loosely bound together by dispersive interactions and hydrogen bonds, and they specifically responded to chemical changes brought about by metal additions. The present study revealed the molecular changes occurring in superstructures of natural organic matter when in metal complexes and contributed to understand and predict the environmental behavior in waters and soil of metal complexes with natural organic matter.